JP2018085350A - Lithium ion prismatic cell comprising multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls - Google Patents
Lithium ion prismatic cell comprising multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018085350A JP2018085350A JP2018020021A JP2018020021A JP2018085350A JP 2018085350 A JP2018085350 A JP 2018085350A JP 2018020021 A JP2018020021 A JP 2018020021A JP 2018020021 A JP2018020021 A JP 2018020021A JP 2018085350 A JP2018085350 A JP 2018085350A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- jelly
- jelly roll
- jelly rolls
- layer
- roll
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000008274 jelly Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 235000015110 jellies Nutrition 0.000 title claims abstract description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims description 7
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims description 11
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
- H01M10/6554—Rods or plates
- H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
- H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
- H01M50/557—Plate-shaped terminals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
- H01M50/548—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on opposite sides of the cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/552—Terminals characterised by their shape
- H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Primary Cells (AREA)
Abstract
Description
本開示は電池に関し、詳細には、自動車駆動系システムで使用するための電池を含む充電式電池(Rechargeable battery)に関する。 The present disclosure relates to batteries, and more particularly to rechargeable batteries including batteries for use in automotive driveline systems.
1つの従来型電池の設計が、アノード材料、セパレータ材料、およびカソード材料の積層を含む。これらの材料の複数層は、次いで巻かれて円筒内に挿入されるか、または巻かれ、次いで、対応するハウジング内に挿入される前に平板化されることが可能である。そのような充電式電池は、ゼリーロール電池、またはゼリーロールもしくはいくらか螺旋状の横断面を有する充電式電池として既知である。いくつかの電池では、1つまたは複数のゼリーロールが缶または容器内に挿入される。 One conventional battery design includes a stack of anode material, separator material, and cathode material. Multiple layers of these materials can then be rolled and inserted into a cylinder, or rolled and then flattened before being inserted into the corresponding housing. Such rechargeable batteries are known as jelly roll batteries or rechargeable batteries having a jelly roll or a somewhat helical cross section. In some batteries, one or more jelly rolls are inserted into a can or container.
アノード材料の使用不可能な外層による従来の角柱型セルのデッドスペースのせいで、容量損失がある。さらに、そのような従来のセルの高温貯蔵性能が、セル内の使用不可能な追加アノード外層に捕捉されたリチウムにより低下する。 There is capacity loss due to the dead space of conventional prismatic cells due to the unusable outer layer of the anode material. Furthermore, the high temperature storage performance of such conventional cells is degraded by lithium trapped in the unusable additional anode outer layer in the cell.
本明細書に開示されている技法が、スタック/折畳み式製造方法と比較して、大型大容量セルのゼリーロール組立ての速度を向上させるシステムおよび方法を含む。一実施形態では、より高速の巻回プロセスが達成され、さらに、ゼリーロール間に少なくとも1つの(追加)カソード層を付加することにより、より大きな容量およびより高いエネルギーを達成することができる。そのような付加により、アノード外層の使用の損失が最小限になる。 The techniques disclosed herein include systems and methods that increase the speed of jelly roll assembly of large, large capacity cells as compared to stacked / folded manufacturing methods. In one embodiment, a faster winding process is achieved, and more capacity and higher energy can be achieved by adding at least one (additional) cathode layer between the jelly rolls. Such an addition minimizes the loss of use of the outer anode layer.
ゼリーロール間に追加の単一面被覆型のカソードシートを含むことにより、電池の容量を増大させることができる。複数のゼリーロールが1つのパウチまたは容器内に挿入されて、ゼリーロールの縁部と角柱缶との間のデッドスペースを最小限にすることが多い。より厚いゼリーロールを用意する場合、ゼリーロールの曲率はより大きくなる可能性がある。したがって、より薄いゼリーロールを用意することおよび複数のゼリーロールを使用することにより、角のデッドスペースを最小限にすることで、容量を増大させることができる。しかし、この場合、追加カソードシートを付加することにより、アノード外層はセル容量のために使用することができる。また、当該追加カソードシートは、以前は使用不可能なアノード層を除去することにより、高温での貯蔵性能を増大させることができる。この使用不可能なアノード層は、当該層内にリチウムを捕捉して、従来の角柱型セルに使用可能なリチウムの損失という結果になる可能性がある。 By including an additional single side coated cathode sheet between the jelly rolls, the capacity of the cell can be increased. Multiple jelly rolls are often inserted into a single pouch or container to minimize the dead space between the edge of the jelly roll and the prismatic can. If a thicker jelly roll is prepared, the curvature of the jelly roll may be greater. Thus, by providing a thinner jelly roll and using multiple jelly rolls, the capacity can be increased by minimizing the corner dead space. However, in this case, the anode outer layer can be used for cell capacity by adding an additional cathode sheet. The additional cathode sheet can also increase the storage performance at high temperatures by removing the previously unusable anode layer. This unusable anode layer can trap lithium in that layer, resulting in a loss of lithium that can be used in conventional prismatic cells.
別の実施形態では、金属板が、マンドレルまたは2つのゼリーロール間の追加層として使用される。この金属板を付加することにより、円筒形セル内などのセルまたはパック内の冷却フィンとしての機能を果たすことで、電池性能が向上する。アルミニウム板または他の金属板を冷却板および/または外部タブとして使用して、ツータブ設計(a two tab design)の範囲内のセルをワンタブ設計(a one−tab design)にすることができる。したがって、より高い体積エネルギー密度が、他方の側の封止されたタブ付き領域を減少させることにより達成され得る。この解決策により、タブ付けまたは封止のためのスペースの損失が効率的に最小限になる。 In another embodiment, a metal plate is used as an additional layer between a mandrel or two jelly rolls. By adding this metal plate, the battery performance is improved by serving as a cooling fin in a cell or pack such as in a cylindrical cell. Aluminum plates or other metal plates can be used as cold plates and / or external tabs to make cells within a two tab design a one-tab design. Thus, a higher volumetric energy density can be achieved by reducing the sealed tabbed area on the other side. This solution effectively minimizes the space loss for tabbing or sealing.
この技法は、ゼリーロール間の追加の金属板(例えば、アルミニウム板)またはシートを付加することで、追加の封止されたタブ付き領域(スペース)の減少による高い体積エネルギーを有するセルまたは電池パックを獲得する。パウチ内で複数のゼリーロールを使用することにより、ゼリーロールの縁部または端部におけるデッドスペースを最小限にすることができる。ゼリーロールの曲率は、より厚いゼリーロールを用意する場合、より大きくなる可能性がある。したがって、より薄いゼリーロールを用意することおよび複数のゼリーロールを使用することにより、容量を増大させることができる。本実施形態では、各ゼリーロールはセパレータにより完成され得る。集電および冷却フィンの配設という二重機能のために、金属板を2つのゼリーロール間に付加することができる。金属板が使用された場合、ある電池パック設計では、追加の冷却パッドが必要とされないと考えられる。さらに、そのような実施形態は、内部短絡をより良く制御することにより、より良好な濫用時の耐性を実現する。 This technique involves adding an additional metal plate (eg, aluminum plate) or sheet between jelly rolls to provide a cell or battery pack with high volumetric energy due to the reduction of additional sealed tabbed areas (spaces). To win. By using multiple jelly rolls in the pouch, dead space at the edge or end of the jelly roll can be minimized. The curvature of the jelly roll can be greater when a thicker jelly roll is prepared. Therefore, the capacity can be increased by preparing thinner jelly rolls and using multiple jelly rolls. In this embodiment, each jelly roll can be completed by a separator. A metal plate can be added between the two jelly rolls due to the dual function of collecting current and providing cooling fins. When metal plates are used, some battery pack designs may not require additional cooling pads. In addition, such embodiments provide better abuse resistance by better controlling internal short circuits.
さらに、本明細書における異なる特徴、技法、構成等の各々が本開示の異なる箇所で検討される可能性があるが、コンセプトの各々が互いに独立してまたは互いに組み合わされて実行され得ることが意図されている。したがって、本発明は、多くの様々な方法で具体化され、考察されることが可能である。 Further, although each of the different features, techniques, configurations, etc. herein may be considered at different places in this disclosure, it is intended that each of the concepts can be implemented independently of one another or in combination with one another Has been. Thus, the present invention can be embodied and discussed in many different ways.
本明細書における本概要部分は、本開示または特許請求されている発明のあらゆる実施形態および/もしくは漸進的に新規の態様を特定していないことに留意されたい。代わりに、本概要は、異なる実施形態の予備的検討および従来の技法を凌ぐ新規性の対応点を与えているに過ぎない。本発明および実施形態のさらなる詳細および/または可能な観点のために、読者は、以下にさらに検討されている本開示の詳細な説明部分および対応する図に導かれる。 It should be noted that this summary section herein does not identify every embodiment and / or progressively novel aspect of the disclosure or claimed invention. Instead, this overview only provides preliminary considerations of different embodiments and novelty counterparts over conventional techniques. For further details and / or possible aspects of the present invention and embodiments, the reader is directed to the detailed description portion and corresponding figures of the present disclosure that are discussed further below.
1つの技法では、両面上に被覆され得る追加のカソード材料層を、ゼリーロール間に位置決めすることができる。次いで、延長タブを、電極縁部上の余分な裸の箔(bare foils)に溶接することができる。パウチの内部に封止された後、電解液がパウチケース内に満たされ、活性化される。 In one technique, an additional cathode material layer that can be coated on both sides can be positioned between the jelly rolls. The extension tab can then be welded to excess bare foils on the electrode edges. After sealing inside the pouch, the electrolyte is filled in the pouch case and activated.
別の実施形態では、ゼリーロール上に高収縮セパレータと共に追加の裸の箔のセットを付加することにより、濫用時の耐性を得ることができる。この追加層は、裸の箔間に接触があった場合に短絡し、それによりセルの充電状態(SOC:State of Charge)を低下させる可能性がある。より低SOCのセルは高SOCのセルより反応性が低い。本明細書に開示されている技法は、高エネルギー密度、より良い貯蔵性能、および組立て製造のより低いコストをもたらす。 In another embodiment, abuse resistance can be obtained by adding an additional set of bare foils along with a high shrink separator on the jelly roll. This additional layer can be shorted if there is contact between the bare foils, thereby reducing the state of charge (SOC) of the cell. Lower SOC cells are less reactive than higher SOC cells. The techniques disclosed herein provide high energy density, better storage performance, and lower cost of assembly manufacturing.
一実施形態では、追加金属板が、ゼリーロール間にまたはゼリーロール対間に付加されている。延長タブは余分な裸の箔およびこの板に溶接することができ、それをゼリーロールを通して外部タブに接続することができる。このタブに加えて、箔と溶接することにより、このタブの側に別のタブを配置することができる。絶縁ポリマーパッドを使用して、金属板と他方のタブのための箔との間を絶縁することができる。一実施形態では、一対のゼリーロール間に配設されているアルミニウム板を正のタブとして使用することができる。パウチの内部に封止された後、当該パウチまたはケース内に電解液を満たすことができ、封止されたセルをその形成まで活性化することができる。 In one embodiment, additional metal plates are added between jelly rolls or between jelly roll pairs. The extension tab can be welded to excess bare foil and this plate, which can be connected to the external tab through a jelly roll. In addition to this tab, another tab can be placed on the side of this tab by welding with the foil. An insulating polymer pad can be used to insulate between the metal plate and the foil for the other tab. In one embodiment, an aluminum plate disposed between a pair of jelly rolls can be used as the positive tab. After being sealed inside the pouch, the pouch or case can be filled with electrolyte and the sealed cell can be activated until its formation.
他の金属板をアノードまたはカソード用に使用することができる。アルミニウム板はより良い安全性、より低いコスト、および特定の高エネルギーをもたらすことができるので、アルミニウム板を使用することは有益である。本実施形態の利点には、高い体積エネルギー密度、低コストの組立て製造、および濫用時の耐性があるセルが含まれる。また、集電およびセルの冷却のために金属板を使用することにより、対応する電池パック設計における追加冷却パッドの必要を低減するかまたは排除することができる。 Other metal plates can be used for the anode or cathode. It is beneficial to use an aluminum plate because it can provide better safety, lower cost, and certain high energy. Advantages of this embodiment include cells with high volumetric energy density, low cost assembly fabrication, and abuse resistance. Also, the use of metal plates for current collection and cell cooling can reduce or eliminate the need for additional cooling pads in the corresponding battery pack design.
一般に電池セル設計に関して、ハイブリッド電気自動車(HEV)を含むいくつかの用途にとって効率的な電池が重要である。このことに対処するために、Lower−Energy Energy Storage System(LEESS)セルの開発が開始された。材料コストは、セル電力(より少ないスタック)を向上させることにより下げることができる。加工コストは、巻回組立てを使用することにより下げることができる。従来、巻回組立てにより、平板化された巻回物(flattened winding)(Wound Flat WrapまたはWFW)の各端部上のタブ(電気端子)がもたらされる。当該巻回物における極薄電極が有益である可能性がある。例えば、これは、(巻回の最適範囲としての)4Ah/9.5巻きのような所定の巻回物につき、複数の巻きを減じることができる。それでも、ピックアンドプレイススタッカ(pick−and−place stacker)による薄い電極の取扱いに問題がある。典型的なセル構成では、電池セルの各端部上に側部タブ/電極がある。これにより、他方の側のタブのための追加の封止された領域のせいで、3%のエネルギー損失(エネルギー密度)という結果になる可能性がある。1つの理由は、タブのせいで、ゼリーロール層が完全に延在して電池セル空間を満たすことができないことである。 In general, with respect to battery cell design, efficient batteries are important for some applications, including hybrid electric vehicles (HEV). In order to deal with this, development of a Lower-Energy Energy Storage System (LEESS) cell has been started. Material costs can be reduced by improving cell power (less stacks). Processing costs can be reduced by using a winding assembly. Traditionally, winding assembly results in tabs (electrical terminals) on each end of a flattened winding (Wound Flat Wrap or WFW). An ultra-thin electrode in the winding may be beneficial. For example, this can reduce multiple turns for a given roll, such as 4Ah / 9.5 turns (as the optimal range of turns). Nevertheless, there are problems in handling thin electrodes with a pick-and-place stacker. In a typical cell configuration, there are side tabs / electrodes on each end of the battery cell. This can result in 3% energy loss (energy density) due to the additional sealed area for the tab on the other side. One reason is that because of the tabs, the jelly roll layer cannot extend completely to fill the battery cell space.
図6は、ゼリーロール電池の巻回コンセプトを示す。延長タブ用の被覆されていない箔を、切取り後に使用することができる。半面被覆型のアノードが最初に巻回され、次いで、このアノードは外側ゼリーロールにおいて包まれる。正の層とセパレータ層と負の層とを巻回した後、結果として得られた円筒形形状は平板化する(押し潰す)ことができる。
平板化され巻回されたゼリーロールをパウチ内に挿入し、電解液で満たし、次いで真空封止することができる。巻回後、余分な箔を切り取ることができる。
FIG. 6 shows the winding concept of the jelly roll battery. Uncoated foil for extension tabs can be used after cutting. A half-coated anode is first wound and then the anode is wrapped in an outer jelly roll. After winding the positive layer, the separator layer, and the negative layer, the resulting cylindrical shape can be flattened (crushed).
A flattened and rolled jelly roll can be inserted into the pouch, filled with electrolyte, and then vacuum sealed. After winding, excess foil can be cut off.
図1は、ゼリーロールの各端部上に端子を有するゼリーロール(巻き板ラップ(wound flat wrap))の従来の設計を示す。 FIG. 1 shows a conventional design of a jelly roll (wound flat wrap) with a terminal on each end of the jelly roll.
図2は、各ゼリーロールがゼリーロールの各端部上に端子を有する状態の、共に圧縮された2つのゼリーロールの従来の設計を示す。この設計は、図1の設計より優れてエネルギー密度を向上させることができる。 FIG. 2 shows a conventional design of two jelly rolls compressed together, with each jelly roll having a terminal on each end of the jelly roll. This design can improve the energy density better than the design of FIG.
図3は、2つのゼリーロール間に1つのカソードを付加している新しい実施形態を示す。この付加により、エネルギー密度が増大する。カソード層を付加することに加えて、またはカソード層を付加する代わりに、2つのゼリーロール間に金属板を位置決めすることができる。どちらかの実施形態では、タブ装置(arrangement)を変形させて、角柱型セル設計の一部などの2つのゼリーロール間に層を付加することの結果としてエネルギー密度を向上させることができる。 FIG. 3 shows a new embodiment in which one cathode is added between two jelly rolls. This addition increases the energy density. In addition to, or instead of adding a cathode layer, a metal plate can be positioned between two jelly rolls. In either embodiment, the tab arrangement can be deformed to increase energy density as a result of adding a layer between two jelly rolls, such as part of a prismatic cell design.
図4は、各側に電気タブまたは端子を備えた実施形態を示す。図5では、中心層が付加された状態で、一方の端部から他方の端部への導管が形成されており、一方の側に2つのタブを位置決めすることを可能にしている。そのような構成により、所定の電池セルにおいてより多くのゼリーロール材料を使用すること、またはより小さい設置面積の電池セルを作り出すことのどちらかが可能になる。どちらかの構成では、エネルギー密度が増大する。 FIG. 4 shows an embodiment with electrical tabs or terminals on each side. In FIG. 5, a conduit from one end to the other is formed with the central layer added, allowing two tabs to be positioned on one side. Such a configuration allows either more jelly roll material to be used in a given battery cell or to create a smaller footprint battery cell. In either configuration, the energy density is increased.
図7は、例示的電池のセル設計を示す。 FIG. 7 shows an exemplary battery cell design.
図8は、アルミニウム板が2つのゼリーロール間に位置決めされている状態の、2つの巻き板ラップゼリーロールの例示的実施形態を示す。図8は、アルミニウムタブおよび銅タブがどちらもゼリーロール対の一方の側/端部に配置されているように、アルミニウム板または箔がどのように2つのゼリーロール間に電気路を作り出すことができるかを示す側面図および上面図を含む。 FIG. 8 shows an exemplary embodiment of two wound wrap jelly rolls with an aluminum plate positioned between the two jelly rolls. FIG. 8 shows how an aluminum plate or foil creates an electrical path between two jelly rolls, such that both aluminum tabs and copper tabs are located on one side / end of the jelly roll pair. Includes side and top views showing what can be done.
図9は、アルミニウム(Al)板を有するバイゼリーロール(bi−jelly rolls)用の各構成要素の側面図である。図9は、当該層をどのように切り取り、結合することができるかを示す。図10は、最終的なシールセルの構成、および端子をバイゼリーロールと同じ側に有することで端子の幾何形態を改善することにより、金属板がどのようにエネルギー密度を増大させることができるか、を示す。 FIG. 9 is a side view of each component for a bi-jelly roll having an aluminum (Al) plate. FIG. 9 shows how the layers can be cut and bonded. FIG. 10 shows the final seal cell configuration and how the metal plate can increase the energy density by improving the terminal geometry by having the terminal on the same side as the jelly roll, Indicates.
このように、実施形態が新規のバイゼリーロール構造を含む。銅タブを一方の端部上にかつアルミニウムタブを反対側端部上に有する代わりに、アルミニウム板または両面被覆型のカソードシートが、ゼリーロール対の中間を通して延ばされている。そのような構成により、アノード外層の使用を最大限にすることができる。一例では、このことにより、ゼリーロール間で1つのカソードを使用することで、ゼリーロールの平行接続が実現され得る。 Thus, embodiments include a novel bijelly roll structure. Instead of having a copper tab on one end and an aluminum tab on the opposite end, an aluminum plate or double coated cathode sheet is extended through the middle of the jelly roll pair. Such a configuration can maximize the use of the outer anode layer. In one example, this may allow parallel connection of the jelly rolls by using one cathode between the jelly rolls.
また、依然として本発明の同一の目的を達成すると同時に、前段で説明されている技法の作用に対して施される多数の変形が存在することを、当業者は理解するであろう。そのような変形は、本発明の範囲によってカバーされることが意図されている。したがって、本発明の実施形態の上述の記載は限定的であることを目的としていない。むしろ、本発明の実施形態への限定は以下の特許請求の範囲に提示されている。 Also, those skilled in the art will appreciate that there are numerous variations that can be made to the operation of the techniques described in the preceding paragraph while still achieving the same objectives of the present invention. Such variations are intended to be covered by the scope of the present invention. Accordingly, the above description of embodiments of the invention is not intended to be limiting. Rather, limitations to the embodiments of the invention are set forth in the following claims.
Claims (1)
第1のゼリーロールであり、実質的に平板化されておりかつアノード材料、カソード材料、および前記アノード材料と前記カソード材料との間を絶縁するセパレータ材料の複数層を含むとともに、アノード層が外側に形成される第1のゼリーロールと、
第2のゼリーロールであり、実質的に平板化されておりかつアノード材料、カソード材料、および前記アノード材料と前記カソード材料との間を絶縁するセパレータ材料の複数層を含むとともに、アノード層が外側に形成される第2のゼリーロールと、
前記第1のゼリーロールと前記第2のゼリーロールとの間に位置決めされているカソード材料層と
を含み、
前記第1のゼリーロール、前記第2のゼリーロール、および前記カソード材料層が、前記電池セルの内部に位置決めされ、
カソード材料の層がバイゼリーロール構造の一方の端部から他方の端部への導管を形成し、バイゼリーロール構造による第1の端子と第2の端子とがバイゼリーロール構造の同じ側に配置され、
前記カソード材料層は、両面被覆型のカソードシートであって、該カソード材料層が、対をなす前記第1のゼリーロールと前記第2のゼリーロールの間に延ばされている、
ことを特徴とする電池セル。 A battery cell having a jelly roll structure,
A first jelly roll, comprising a plurality of layers of a substantially flattened anode material, a cathode material, and a separator material that insulates between the anode material and the cathode material, the anode layer being on the outside A first jelly roll formed in
A second jelly roll, comprising a plurality of layers of substantially flattened anode material, cathode material, and separator material that insulates between the anode material and the cathode material, the anode layer being on the outside A second jelly roll formed in
A cathode material layer positioned between the first jelly roll and the second jelly roll;
The first jelly roll, the second jelly roll, and the cathode material layer are positioned inside the battery cell;
The layer of cathode material forms a conduit from one end of the bijelly roll structure to the other end, and the first terminal and the second terminal by the bijelly roll structure are on the same side of the bijelly roll structure. Arranged,
The cathode material layer is a double-side coated cathode sheet, and the cathode material layer is extended between the pair of the first jelly roll and the second jelly roll.
The battery cell characterized by the above-mentioned.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201261620736P | 2012-04-05 | 2012-04-05 | |
US61/620,736 | 2012-04-05 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015504712A Division JP6290175B2 (en) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | Lithium ion prismatic cell containing multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018085350A true JP2018085350A (en) | 2018-05-31 |
JP6512645B2 JP6512645B2 (en) | 2019-05-15 |
Family
ID=49301034
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015504712A Active JP6290175B2 (en) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | Lithium ion prismatic cell containing multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls |
JP2018020021A Active JP6512645B2 (en) | 2012-04-05 | 2018-02-07 | Lithium ion prismatic cell including multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015504712A Active JP6290175B2 (en) | 2012-04-05 | 2013-04-04 | Lithium ion prismatic cell containing multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10147911B2 (en) |
JP (2) | JP6290175B2 (en) |
KR (1) | KR102014840B1 (en) |
CN (1) | CN105009351B (en) |
WO (1) | WO2013152149A1 (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9419457B2 (en) | 2012-09-04 | 2016-08-16 | Google Technology Holdings LLC | Method and device with enhanced battery capacity savings |
US9356461B2 (en) | 2012-09-25 | 2016-05-31 | Google Technology Holdings, LLC | Methods and systems for rapid wireless charging where the low state of charge (SOC) temperature dependent charging current and low SOC temperature limit are higher than the high SOC temperature dependent charging current and high SOC temperature limit |
US9491706B2 (en) | 2013-03-13 | 2016-11-08 | Google Technology Holdings LLC | Reduced-power transmitting from a communications device |
PL2899769T3 (en) * | 2013-11-27 | 2019-09-30 | Lg Chem, Ltd. | Pouch for secondary battery and secondary battery comprising same |
US9596653B2 (en) | 2013-12-16 | 2017-03-14 | Google Technology Holdings LLC | Remedying power drain via a coverage map |
US9622294B1 (en) | 2014-04-02 | 2017-04-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Device for simulating thermal characteristics of a lithium-ion battery |
US9865897B2 (en) | 2014-06-02 | 2018-01-09 | Google Llc | Stacked electrochemical cell with increased energy density |
US9438293B2 (en) | 2014-08-05 | 2016-09-06 | Google Technology Holdings LLC | Tunable circuit elements for dynamic, per element power |
US9472965B2 (en) | 2014-09-08 | 2016-10-18 | Google Technology Holdings LLC | Battery cycle life through smart overnight charging |
US10164304B1 (en) | 2014-10-31 | 2018-12-25 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Thermally dissipative electrochemical cell |
US10312547B2 (en) | 2015-11-25 | 2019-06-04 | Robert Bosch Battery Systems Llc | Cross-woven electrode assembly |
KR102261707B1 (en) * | 2017-03-28 | 2021-06-08 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Pouch Type Lithium Secondary Battery for Changing Selectively Combination Structure of Electrode Type |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10270069A (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Rectangular battery and its manufacture |
JPH10284132A (en) * | 1997-04-04 | 1998-10-23 | Wilson Greatbatch Ltd | Electrochemical cell |
JP2000164195A (en) * | 1998-11-24 | 2000-06-16 | Japan Storage Battery Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2002231297A (en) * | 2001-01-29 | 2002-08-16 | Japan Storage Battery Co Ltd | Battery pack |
JP2003077447A (en) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Japan Storage Battery Co Ltd | Battery |
JP2003234094A (en) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2006277990A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2010232265A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | Accumulator device and method of manufacturing the same |
JP2010287491A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Secondary battery |
JP2012028315A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Sb Limotive Co Ltd | Rechargeable battery |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4173674B2 (en) * | 2002-03-28 | 2008-10-29 | Tdk株式会社 | Electrochemical device module |
JP4553100B2 (en) | 2003-08-01 | 2010-09-29 | 日本電気株式会社 | Flat type secondary battery and battery pack |
EP1865521A4 (en) | 2005-03-31 | 2011-02-23 | Fuji Heavy Ind Ltd | Lithium ion capacitor |
KR100859996B1 (en) * | 2006-05-15 | 2008-09-25 | 주식회사 엘지화학 | Double Winding-typed Electrode Assembly |
KR101125592B1 (en) | 2007-02-08 | 2012-03-19 | 주식회사 엘지화학 | High Capacity Battery Cell of High Life Characteristics and Safety |
-
2013
- 2013-04-04 KR KR1020147031164A patent/KR102014840B1/en active IP Right Grant
- 2013-04-04 WO PCT/US2013/035202 patent/WO2013152149A1/en active Application Filing
- 2013-04-04 JP JP2015504712A patent/JP6290175B2/en active Active
- 2013-04-04 US US14/390,710 patent/US10147911B2/en active Active
- 2013-04-04 CN CN201380029532.1A patent/CN105009351B/en active Active
-
2018
- 2018-02-07 JP JP2018020021A patent/JP6512645B2/en active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10270069A (en) * | 1997-03-27 | 1998-10-09 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Rectangular battery and its manufacture |
JPH10284132A (en) * | 1997-04-04 | 1998-10-23 | Wilson Greatbatch Ltd | Electrochemical cell |
JP2000164195A (en) * | 1998-11-24 | 2000-06-16 | Japan Storage Battery Co Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2002231297A (en) * | 2001-01-29 | 2002-08-16 | Japan Storage Battery Co Ltd | Battery pack |
JP2003077447A (en) * | 2001-09-03 | 2003-03-14 | Japan Storage Battery Co Ltd | Battery |
JP2003234094A (en) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2006277990A (en) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Hitachi Maxell Ltd | Nonaqueous electrolyte secondary battery |
JP2010232265A (en) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | Accumulator device and method of manufacturing the same |
JP2010287491A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Secondary battery |
JP2012028315A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Sb Limotive Co Ltd | Rechargeable battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102014840B1 (en) | 2019-08-27 |
JP2015515729A (en) | 2015-05-28 |
KR20150045930A (en) | 2015-04-29 |
JP6512645B2 (en) | 2019-05-15 |
CN105009351B (en) | 2018-03-23 |
CN105009351A (en) | 2015-10-28 |
JP6290175B2 (en) | 2018-03-07 |
US20150093617A1 (en) | 2015-04-02 |
WO2013152149A1 (en) | 2013-10-10 |
US10147911B2 (en) | 2018-12-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6512645B2 (en) | Lithium ion prismatic cell including multiple jelly rolls with additional material between jelly rolls | |
KR101379957B1 (en) | A Stepwise Electrode Assembly, and a Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same | |
KR101395017B1 (en) | A Stepwise Electrode Assembly, and Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same | |
KR101395016B1 (en) | A Stepwise Electrode Assembly, and Battery Cell, Battery Pack and Device Comprising the Same | |
EP2802025B1 (en) | Battery cell having stair-like structure | |
EP2750221B1 (en) | Electrode assembly having superior electrode tab-joining properties, battery cell and device comprising same, and method for manufacturing electrode assembly | |
CN103109408B (en) | Stacking secondary cell | |
JP4276102B2 (en) | Pouch-type lithium secondary battery and manufacturing method thereof | |
EP3905417A1 (en) | Method for manufacturing electrode assembly, and electrode and secondary battery manufactured thereby | |
JP6788106B2 (en) | How to Make Electrode Stacks for Battery Cells and Battery Cells | |
EP2302717A1 (en) | Electrode assembly for a rechargeable battery | |
KR20130118716A (en) | Electrode assembly, battery cell and device comprising the same | |
KR102107000B1 (en) | Electrode Assembly Employed with Recess Portion on Electrode Plate and Secondary Battery Comprising the Same | |
KR20130133639A (en) | Electrode assembly, battery cell, manufacturing mathod of electrode assembly and manufacturing mathod of battery cell | |
US20100136411A1 (en) | Prismatic Cell With Outer Electrode Layers Coated On A Single Side | |
WO2008010656A1 (en) | Electrode assembly having stable lead-tap joint and electrochemical cell containing them | |
US8703342B2 (en) | Electrode assembly, rechargeable battery including the same, and method of manufacturing an electrode thereof | |
JP2011187241A (en) | Nonaqueous electrolyte secondary battery | |
CN114188673B (en) | Battery cell and electronic equipment | |
KR102108208B1 (en) | Cylindrical Secondary Battery Having Circular Electrode | |
JP2012033277A (en) | Laminated type secondary battery | |
KR101867650B1 (en) | Battery Cell Employed with Battery Case Having Depressed Groove | |
CN221009018U (en) | Multipolar ear cell and battery | |
WO2023275696A1 (en) | High energy battery with low thermal resistance and improved temperature control | |
KR20060060457A (en) | Jelly roll of secondary battery, manufacturing method thereof and secondary battery using the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190403 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190404 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6512645 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |